Discriminating soil crust type,development stage and degree of disturbance in semiarid environments from their spectral characteristics

Biological soil crusts (BSCs) are increasingly recognized as common features in arid and semiarid ecosystems and play an important role in the hydrological and ecological functioning of these ecosystems. However, BSCs are very vulnerable to, in particular, human disturbance. This results in a complex spatial pattern of BSCs in various stages of development. Such patterns, to a large extent, determine runoff and erosion processes in arid and semiarid ecosystems. In recent years, visible and near infrared (Vis‐NIR) diffuse reflectance spectroscopy has been used for large‐scale mapping of the distribution of BSCs. Our goals were (i) to demonstrate the efficiency of Vis‐NIR spectroscopy in discriminating vegetation, physical soil crusts, various developmental stages of BSCs, and various types of disturbance on BSCs and (ii) to develop a classification system for these types of ground cover based on Vis‐NIR spectroscopy. Spectral measurements were taken of vegetation, physical crusts and various types of BSCs prior to, and following, trampling or removal with a scraper in two semiarid areas in SE Spain. The main spectral differences were: (i) absorption by water at about 1450 nm, more intense in the spectra of vegetation than in those of physical crusts or BSCs, (ii) absorption features at about 500 and 680 nm for the BSCs, which were absent or very weak for physical crusts, (iii) a shallower slope between about 750 and 980 nm for physical crusts and early‐successional BSCs than for later‐successional BSCs and (iv) a steeper slope between about 680 and 750 nm for the most developed BSCs. A partial least squares regression‐linear discriminant analysis of the spectral data resulted in a reliable classification (Kappa coefficients over 0.90) of the various types of ground cover and types of BSC disturbance. The distinctive spectral features of vegetation, physical crusts and the various developmental stages of BSCs were used to develop a classification system. This will be a promising tool for mapping BSCs with hyperspectral remote sensing.     

Mapping QTL controlling soybean seed sucrose and oligosaccharides in a single family of soybean nested association mapping (SoyNAM) population

The meal value of Soybean for monogastric animals is determined partly by sucrose, raffinose and stachyose. Of these, sucrose is desirable, while raffinose and stachyose are indigestible, causing flatulence and abdominal discomfort. The objective of this study was to identify quantitative trait loci (QTL) controlling seed sucrose, raffinose, and stachyose in a set of 140 SoyNAM (Nested Association Mapping) recombinant inbred lines (RILs), developed from the cross between lines IA3023 and LD02‐4485. A total of 3,038 SNP markers from the Illumina SoyNAM BeadChip SNP were used to map the QTLs for sucrose and the RFOs, raffinose, and stachyose. Significant genotypic differences (p < .001) among RILs were observed for sucrose, raffinose and stachyose contents across years. A 3038 Illumina SoyNAM BeadChip SNPs identified three QTLs for sucrose, one on chromosome 1, explaining 10% variance and two on chromosome 3 each explaining 22%. Raffinose QTL was detected on chromosome 6, explaining 6% variance. The mapped QTLs were novel and spanned regions harbouring candidate genes with roles in plant growth including seed development.     

Detecting resistance to the root-knot nematodesMeloidogyne hapla andM. chitwoodi in potato and wildSolanum spp.

Summary Various methods of screening for resistance to root-knot nematodes were compared and evaluated. Seedling populations ofSolanum spp., grown in clay pots and plastic tubes with silver sand and inoculated with juveniles ofMeloidogyne chitwoodi andM. hapla, showed large differences in the number of egg masses on roots 7 weeks after inoculation. The differences were reproducible when re-testing was done with cuttings and plants from tubers. No resistance toMeloidogyne spp. was observed with ten potato cultivars when grown in clay pots, plastic tobes or closed containers. Plants from tubers in growth pouches developed a large two-dimensional root system, and after inoculation with juveniles the infection process could be observed over 8 weeks. A method of infecting potato tuber tissue withMeloidogyne is described, using tuber slices in Petri dishes as a potential screening test for tuber resistance.     

Differentiation of Umbilical Cord Lining Membrane-Derived Mesenchymal Stem Cells into Endothelial-Like Cells

Background: Stem cell therapy for the treatment of vascular-related diseases through functional revascularization is one of the most important research areas in tissue engineering. The aim of this study was to investigate the in vitro differentiation of umbilical CL-MSC into endothelial lineage cells. Methods: In this study, isolated cells were characterized for expression of MSC-specific markers and osteogenic and adipogenic differentiation. They were induced to differentiate into endothelial-like cells and then examined for expression of the endothelial-specific markers, karyotype, and functional behavior of cells. Results: Isolated cells expressed MSC-specific markers and differentiated into adipocytes and osteoblasts. After endothelial differentiation, they expressed CD31, vWF, VE-cadherin, VEGFR1, and VEGFR2 at both mRNA and protein level, but their morphological changes were not apparent when compared with those of undifferentiated cells. There were no significant changes in karyotype of differentiated cells. Furthermore, angiogenesis assay and LDL uptake assay showed that differentiated cells were able to form the capillary-like structures and uptake LDL, respectively. Conclusion: The results indicated that umbilical CL-MSC could differentiate into functional endothelial-like cells. Also, they are suitable for basic and clinical studies to cure several vascular-related diseases. Key Words: Endothelial differentiation, Endothelial-like cells, Mesenchymal stem cells, Umbilical cord lining membrane     

Effect of pre-planting temperature and light treatments of seed tubers on potato yield and tuber size distribution

Summary From 1985 to 1987 field experiments were caried out to test the influence of different pre-planting storage treatments on yield and size distribution of potato crops. The storage treatments included 4, 8 and 12°C in the light and in the dark, for different periods before planting. Subjecting the seed tubers to light at low temperatures induced crops to produce a larger proportion of smaller sized tubers while storing seed tubers at higher temperatures in the dark led to an increase of tubers >55 mm. These observations were confirmed in five field experiments with two cultivars at two sites and in three growing seasons.     

The role of the National Potato Programme in Colombia

Summary During the past two decades total potato production in Colombia tripled and the annual consumption per capita doubled; the National Potato Programme has probably contributed greatly to these increases. The main activities of this Programme have been in breeding and in successful introduction of new cultivars. This could be achieved because (1) breeding is oriented to the requirements of the growers, (2) breeding is done at high altitude where 85% of the area cropped with potato is located and virus infection pressure is low, (3) the introduction of new cultivars is well organized and (4) with the new cultivars clear instructions on pest and disease control and on growing techniques are given.     

Reliability and significance of a simple method of estimating the potential yield of the potato crop

Summary The reliability of the method of estimating potential yield of the potato crop, described by Van der Zaag & Burton (1978), is discussed on the basis of the results of field experiments done in the Netherlands during three years at three separate centres and during four years at a fourth centre. The method seems to give a reasonable approximation of the potential yield in countries or regions in the temperate zone. Two minor alterations are suggested, and for use in hot climates the method must be adapted to prevailing temperatures; suggestions are made as to how this can be done. Potential yield estimates can be used successfully in field experiments studying yield-determining factors, in varietal trials, in comparing technical levels of production between countries and growing seasons, and in preparing programmes for improving production.

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Zusammenfassung Auf der Grundlage von Feldversuchen, die in den Niederlanden 1978–1981 in Borgercompagnie (BC) und 1979–1981 in Emmercompascuum (EC) und Rolde (Ro) durchgeführt wurden, wird die Zuverl?ssigkeit der von van der Zaag und Burton (1978) beschriebenen Methode zur Berechnung des m?glichen Ertrages diskutiert. Unterschiede in der Bedeutung der Worte durchschnittlicher m?glicher Ertrag, m?glicher Ertrag und berechneter Ertrag werden in Tabelle 1 erkl?rt. Die Abbildungen 1–3 und die Tabellen 2 und 3 stellen die Wachstumsbedingungen und die Entwicklung der Best?nde dar. Die Abbildung 4 und die Tabellen 5 und 6 zeigen, dass die Wachstumsbedingungen nicht immer in jeder Beziehung optimal waren, vor allem in Rolde, wo 1980 und 1981 die Wasserversorgung für die Produktion suboptimal war. Tabelle 5 erkl?rt, dass der durchschnittliche Blattanteil (Lichtaufnahme) und der durchschnittlich Ernteindex nicht viel von dem eines ‘idealen’ Bestandes — Auflauf Anfang Mai, geschlossener Bestand von Anfang Juni bis Anfang September und Reife Anfang Oktober — abweicht, auf dem der m?gliche Ertrag beruht. Der durchschnittliche Blattanteil für die gesamte Vegetationszeit und der Ernteindex, die für den ‘idealen’ Bestand angenommen wurden, sind daher realistisch. Abgesehen von der Tatsache, dass Anfang Juni die berechnete Produktion auf vielen Feldern gleich hoch oder h?her als die m?gliche Produktion war (1978 BC; 1980 BC und Ro; 1981 BC und Ro), war die tats?chliche Produktion zu dieser Zeit betr?chtlich unter der m?glichen Produktion (Tabelle 7). Es wird angenommen, dass das haupts?chlich durch Tagestemperaturen unter 12°C im Mai und Juni, durch eine ca. 30% h?here Atmungsrate bei jungen. Pflanzen und m?glicherweise durch einen ungenügenden Sink verursacht wurde. Aus diesem Grund wird unter niederl?ndischen Bedingungen eine Reduktion um 15% bzw. 10% der m?glichen Produktion in diesen Monaten vorgeschlagen. Das entspricht ungef?hr 900 kg Trockenmasse/ha. Am Ende der Wachstumsperiode (Tab. 7) kann die Produktion jedoch h?her als angenommen sein und daher wird vorgeschlagen, die Konstante für die Lichtaufnahme im September von 65% auf 75% zu erh?hen, was schliesslich zu einer Abnahme von ungef?hr 500 kg Trockenmasse/ha führen würde. W?hrend einer Periode von 6 Wochen war die Produktion der Bl?tter 1980 (Ro) und 1981 (EC) optimal (Abb. 4 und Tab. 7), aber bezogen auf die gesamte Vegetationszeit lag die durchschnittliche Produktion der Bl?tter auf allen Feldern betr?chtlich unter dem Optimum (Tab. 6). Das zeigt dass die Nettoproduktion, von der der m?gliche Ertra ausgeht, richtigist, aber dass sie für die gesamte Vegetationszeit schwer zu erzielen ist. Um die Berechnung auch in L?ndern mit heissem Klima (Tab. 8) anwenden zu k?nnen, wurde versucht die Nettoproduktion in Beziehung zur Temperatur zu sehen. Ergebnisse, gewonnen in der Versuchsstation Gilat in Israel mit der Sorte Désirée zeigen, dass mit diesen Anpassungen die Methode verwendet werden kann. Tabelle 9 zeigt die verbesserten durchschnittlichen m?glichen Ertr?ge für verschiedene L?nder und Wachstumsperioden. Die Zuverl?ssigkeit der Sch?tzung des durchschnittlichen m?glichen Ertrages für ein Gebiet, die Sch?tzung des m?giichen Ertrages und des berechneten Ertrages für einen Bestand werden diskutiert. In jedem Sortenversuch oder in jedem Feldversuch, in dem ein Faktor oder mehrere Faktoren des Wachstums untersucht werden, sollten die tats?chlichen Ertr?ge mit dem berechneten Ertrag der Parzelle mit dem h?chsten Ertrag und mit dem m?glichen Ertrag verglichen werden. Die so gewonnene Information kann Aufschluss geben, in welchem Ausmass andere als die untersuchten Faktoren den Ertrag beeinflusst haben oder auch Auskunft geben über die relative Produktion in Sortenversuchen. Zwischen den L?ndern oder zwischen Wachstumsperioden kann der technische Stand der Pflanzenproduktion an Hand ihrer durchschnittlichen m?glichen Ertr?ge verglichen werden (Tab. 9). Schliesslich sollte, bevor ein Programm zur Verbesserung der Kartoffel entwickelt wird, ein Vergleich zwischen dem tats?chlichen Ertrag in einem Gebiet und dem durchschnittlichen m?glichen Ertrag gemacht werden, als erster Schritt zur Bestimmung der bergrenzenden Faktoren.

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Résumé La fiabilité de la méthode de calcul du rendement potential décrite par Van der Zaag et Burton (1978) est discutée à partir d'expérimentations de plein champ réalisées aux Pays-Bas de 1978 à 1981 à Borgercompagnie (BC), de 1979 à 1981 à Emmercompascuum (EC) et à Rolde (Ro). Les différences dans l'utilisation des termes — rendement potentiel moyen, rendement potentiel et rendement calculé — sont indiquées dans le tableau 1. Des détails sur les conditions de croissance et le développment de la culture sont donnés dans la figure 1–3 et les tableaux 2 et 3. La figure 4 et les tableaux 5 et 6 montrent que les conditions de croissance n'ont pas été toujours optimales en tout point, notamment à Rolde où l'apport en eau nécessaire à la production a été inférieur à l'optimum en 1980 et 1981. Le tableau 5 montre que la quantité moyenne du feuillage (interception de la lumière) et l'indice moyen de récolte n'ont jamais été très différents des valeurs d'une culture idéale (levée en début mai, couverture du sol par le feuillage à partir du début juin jusqu'en début septembre et début de maturité en octobre) pour lesquelles le rendement potentiel est calculé. La quantité moyenne du feuillage pour toute la période de végétation et l'indice de récolte, pris en compte pour la culture idéale, sont done des valeurs réelles. Bien que sur plusieurs parcelles la production calculée en début juin ait été égale ou supérieure à la production potentielle (1978 BC; 1980 BC et Ro; 1981 BC et Ro) la production réelle à même date était considérablement inférieure à la production potentielle (tableau 7). Ceci peut être d? au fait que les températures du jour en mai et juin étaient inférieures à 12°C. que le taux de respiration était supérieur, de 30% par exemple chez des jeunes plantes, et que la force d'absorption a été insuffisante. C'est pourquoi, sous les conditions de la Hollande, il est proposé de réduire la production potentielle au cours de ces deux mois respectivement de 15 et 10%; ce qui représente environ 900 kg/ha de matière sèche. Cependant, à la fin de la saison (tableau 7) la production peut être supérieure à l'estimation et c'est pourquoi, il est proposé de relever les valeurs d'interception de la lumière en septembre de 65 à 75%, ce qui à la fin conduirait à une diminution de 500 kg/ha de matière sèche environ. La figure 4 et le tableau 7 montrent que pour une période d'environ 6 semaines en 1980 (Ro) et 1981 (EC), le feuillage a atteint sa productivité optimale mais qu'au cours de toute la période de végétation la productivité moyenne du feuillage sur toutes les parcelles a été considérablement inférieure à l'optimum (tableau 6). Ceci montre que la production nette sur laquelle est fondé le rendement potentiel est correcte mais qu'il est difficile de l'obtenir sur toute la période de végétation. Afin d'utiliser la méthode de calcul dans des pays à climat chaud, une approche a été faite pour adapter la production nette en relation avec la température (tableau 8). Les résultats obtenus à las station d'expérimentation à Gilat en Isra?l avec la variété Désirée montrent qu'avec ces adaptations, la méthode s'applique sous de telles conditions. Des rendements potentiels moyens calculés et corrigés sont ainsi donnés dans le tableau 9 pour quelques pays et régions. La signification de l'estimation du rendement potentiel moyen, du rendement potentiel et du rendement calculé est développée pour une culture particulière dans une région donnée. Pour chaque essai de variétés dans chaque expérimentation de plein champ où l'on étudie un ou plusieurs facteurs de croissance, il est spécifié que le rendement actuel pourrait être comparé au rendement le plus élevé et au rendement potentiel, pour connaitre dans quele mesure les autres facteurs ont atteint l'optimum et pour avoir davantage d'information sur la capacité de production des variétés à partir de tels essais. En prenant le rendement potentiel moyen, le niveau technique de production peut être comparé entre les pays et les années (tableau 9). En définitive, chaque étude d'amélioration de la pomme de terre devrait débuter par une comparaison entre le rendement actuel dans la région et le rendement potentiel. C'est une première étape dans la détermination des facteurs les plus limitants.

     

Improved diagnosis of powdery scab (Spongospora subterranea f.sp.subterranea) symptoms on potato tubers (Solanum tuberosum L.)

Summary Based on visual inspection, discrimination between common scab (Streptomyces spp.) and powdery scab (Spongospora subterranea) can be difficult. Inspections are performed on unwashed samples, incidentally supported by microscopic examination. During 1994–1996 surveys were performed in The Netherlands on tubers with symptoms resembling common scab. Under microscopic assessment nearly all samples showed the presence of structures resembling cystosori (sporeballs) ofS. subterranea. At that time confirmation using alternative techniques was not possible. In 2003 research was undertaken to clarify the situation with respect to scab on potato tubers in The Netherlands. One hundred and eighteen scab samples were extensively tested forS. subterranea. All samples were digitally photographed, microscopically examinated and tested with real-time PCR and DAS-ELISA. Use of these modern methods resulted in a clear picture of symptoms that can be attributed toS. subterranea. A lot of scab samples with structures resembling cystosori could not be confirmed as contaminated withS. subterranea.